Kur studioni fizikën në klasën e 10, merret parasysh tema e dipoleve. Çfarë do të thotë ky koncept dhe cilat formula përdoren për ta llogaritur atë?
Hyrje
Nëse vendosni një dipol në hapësirën e një fushe elektrike uniforme, mund ta përfaqësoni atë si vija të forcës. Një dipol është një sistem në të cilin ka dy ngarkesa që janë identike në parametra, por ato janë ngarkesa pika të kundërta. Për më tepër, distanca midis tyre do të jetë shumë më e vogël se distanca në çdo pikë të fushës dipole. Koncepti i momentit të dipolit studiohet në lëndën shkollore të elektrodinamikës (klasa 10).
Aksi i dipolit është një vijë e drejtë që kalon nëpër pikat e të dy ngarkesave. Një krah dipol është një vektor që lidh një ngarkesë dhe në të njëjtën kohë kalon nga grimcat e ngarkuara negativisht në grimcat e ngarkuara pozitivisht. Një dipol elektrik karakterizohet nga prania e një gjendjeje të tillë si një dipol ose moment elektrik.
Sipas përkufizimit, një moment dipol është një vektor që është numerikisht i barabartë me produktin e ngarkesës së dipolit dhe krahut të tij. Për më tepër, ai është i bashkëdrejtuar me shpatullën e dipolit. Në barazinë zero të shumës së forcave, ne llogarisim vlerën e momentit. Për këndin që ekziston ndërmjet momentit dipol dhedrejtimi i fushës elektrike, prania e një momenti mekanik është karakteristik.
Shpesh njerëzit e kanë të vështirë të llogarisin modulin që vepron në strukturën e dipolit. Këtu është e nevojshme të merren parasysh veçoritë e llogaritjes së këndit "Alfa". Dihet që dipoli devijon nga pozicioni i ekuilibruar. Por vetë momenti dipol ka një karakter ripërtëritës, pasi priret të jetë në lëvizje.
Llogaritjet
Kur ky moment dipoli vendoset në mjedisin e një fushe elektrike johomogjene, në mënyrë të pashmangshme lind një forcë. Në një mjedis të tillë, treguesit e shumës së forcave nuk do të jenë zero. Për rrjedhojë, ka forca që veprojnë në momentin dipol me karakter pikë. Madhësia e krahut të dipolit është shumë më e vogël.
Formula mund të shkruhet kështu: F=q (E2 - E1)=qdE, ku d është diferenciali i fushës elektrike.
Kërko për karakteristikat e konceptit fizik në studim
Le ta shikojmë temën më tej. Për të përcaktuar se cila është karakteristika e fushës elektrike, nëse ajo krijohet duke përdorur një sistem ngarkesash dhe lokalizohet në një hapësirë të vogël, është e nevojshme të bëhen një sërë llogaritjesh. Një shembull është paraqitur nga atomet dhe molekulat, të cilat në përbërjen e tyre kanë bërthama dhe elektrone të ngarkuara elektrike.
Nëse është e nevojshme të kërkojmë një fushë në një distancë më të madhe se dimensionet që përbëjnë zonën ku ndodhen grimcat, ne do të përdorim një numër formulash të sakta që janë shumë komplekse. Është e mundur të përdoret më e thjeshtëshprehje të përafërta. Le të supozojmë se grupet e pikave të ngarkesave qk marrin pjesë në krijimin e fushës elektrike. Ato janë të vendosura në një hapësirë të vogël.
Për të kryer llogaritjen e karakteristikës që ka fusha, lejohet të kombinohen të gjitha ngarkesat e sistemit. Një sistem i tillë konsiderohet si një ngarkesë pikë Q. Treguesit e madhësisë do të jenë shuma e ngarkesave që ishin në sistemin origjinal.
Vendndodhja e tarifave
Le të imagjinojmë se vendndodhja e ngarkimit tregohet në çdo vend ku ndodhet sistemi i ngarkesave qk. Kur bëni ndryshime në vendndodhje, nëse ka kufizime të shprehura në një zonë të vogël, një ndikim i tillë do të jetë i papërfillshëm, pothuajse i padukshëm për terrenin nga pikëpamja. Brenda kufijve të tillë të përafrimit të forcës dhe potencialit që ka fusha elektrike, përcaktimet bëhen duke përdorur formula tradicionale.
Kur shuma e ngarkesës totale të sistemit është zero, parametrat e përafrimit të treguar do të duken të përafërt. Kjo jep arsye për të konkluduar se fusha elektrike thjesht mungon. Nëse është e nevojshme për të marrë një përafrim më të saktë, mblidhni mendërisht grupe të veçanta të ngarkesave pozitive dhe negative të sistemit që po shqyrtohet.
Në rastin e zhvendosjes së "qendrave" të tyre në raport me të tjerat, parametrat e fushës në një sistem të tillë mund të përshkruhen si një fushë që ka dy ngarkesa pika, të barabarta në madhësi dhe të kundërta në shenjë. Vihet re se ata janë të zhvendosur në raport me të tjerët. Per te siguruarPër një karakterizim më të saktë të sistemit të ngarkesave për sa i përket parametrave të këtij përafrimi, do të jetë e nevojshme të studiohen vetitë e një dipoli në një fushë elektrike.
Hyrja e termit
Le të kthehemi te përkufizimi. Një dipol elektrik është përkufizimi i një sistemi që ka dy ngarkesa pika. Ata kanë të njëjtën madhësi dhe shenja të kundërta. Për më tepër, shenja të tilla ndodhen në distanca të vogla në krahasim me shenjat e tjera.
Mund të llogarisni karakteristikën e procesit që krijohet me anë të një dipoli dhe përfaqësohet nga dy ngarkesa pika: +q dhe −q, dhe ato janë të vendosura në një distancë në krahasim me të tjerët.
Sekuenca e llogaritjeve
Le të fillojmë duke llogaritur potencialin dhe intensitetin që ka dipoli në sipërfaqen e tij boshtore. Kjo është një vijë e drejtë që kalon midis dy ngarkesave. Me kusht që pika A të jetë e vendosur në një distancë që është e barabartë me r në lidhje me pjesën qendrore të dipolit, dhe nëse është r >> a, sipas parimit të mbivendosjes për potencialin e fushës në këtë pikë, do të jetë racionale të përdorni shprehjen për të llogaritur parametrat e dipolit elektrik.
Madhësia e vektorit të forcës llogaritet me parimin e mbivendosjes. Për të llogaritur forcën e fushës, përdoret koncepti i raportit të potencialit dhe forcës së fushës:
Ex=−Δφ /Δx.
Në kushte të tilla, drejtimi i vektorit të intensitetit tregohet në mënyrë gjatësore në lidhje me boshtin e dipolit. Për të llogaritur modulin e tij, zbatohet formula standarde.
E rëndësishmesqarime
Duhet të merret parasysh se dobësimi i fushës së dipolit elektrike ndodh më shpejt se sa ajo përjeton një ngarkesë pikë. Prishja e potencialit të fushës së dipolit është në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e distancës dhe forca e fushës është në përpjesëtim të zhdrejtë me kubin e distancës.
Duke përdorur metoda të ngjashme, por më të rënda, parametrat e potencialit dhe fuqisë së fushës së dipolit gjenden në pika arbitrare, parametrat e pozicionit të të cilave përcaktohen duke përdorur një metodë të tillë llogaritjeje si koordinatat polare: distanca në qendra e dipolit elektrik (r) dhe këndit (θ).
Llogaritja duke përdorur vektorin e tensionit
Koncepti i vektorit të intensitetit E ndahet në dy pika:
- Radiale (Er), e cila drejtohet në drejtimin gjatësor në raport me vijën e drejtë.
- Një drejtëz e tillë lidh pikën e specifikuar dhe qendrën e dipolit me pingulën me të Eθ.
Ky zbërthim i çdo komponenti drejtohet përgjatë rrjedhës së ndryshimit që ndodh me të gjitha koordinatat e pikës që duhet vëzhguar. Mund ta gjeni sipas raportit që lidh treguesit e forcës së fushës me modifikimet e mundshme.
Për të gjetur komponentin vektor në fuqinë e fushës, është e rëndësishme të përcaktohet natyra e marrëdhënies në ndryshimet e mundshme që ndodhin për shkak të zhvendosjes së pikës së vëzhgimit në drejtimin e vektorëve.
Llogarit komponentin pingul
Kur të përfundojëPër këtë procedurë, është e rëndësishme të merret parasysh se shprehja për madhësinë në një zhvendosje të vogël pingule do të përcaktohet duke ndryshuar këndin: Δl=rΔθ. Parametrat e madhësisë për këtë komponent të fushës do të jenë të barabarta.
Pasi të kemi marrë raportin, është e mundur të përcaktohet fusha e dipolit elektrik në një pikë arbitrare për të ndërtuar një pamje me linjat e forcës së kësaj fushe.
Është e rëndësishme të merret parasysh se të gjitha formulat për përcaktimin e potencialit dhe forcës së fushës së një dipoli veprojnë vetëm në produktin e vlerave që ka një ngarkesë dipoli dhe distancën midis tyre.
Moment dipole
Titulli i veprës së përshkruar është një përshkrim i plotë i tipit elektrik të vetive. Ka emrin "momenti dipol i sistemit".
Nga përkufizimi i një dipoli, i cili është një sistem ngarkesash pikash, mund të zbulohet se ai karakterizohet nga prania e simetrisë boshtore, kur boshti është një vijë e drejtë që kalon nëpër disa ngarkesa.
Për të vendosur karakteristikën e plotë të dipolit, tregoni drejtimin e orientimit që ka boshti. Për thjeshtësi të llogaritjeve, mund të specifikohet vektori i momentit të dipolit. Vlera e madhësisë së tij është e barabartë me madhësinë e momentit të dipolit, dhe vektori i drejtimit ndryshon nga koincidenca e tij dhe boshtit të dipolit. Pra, p=qa nëse a është drejtimi i vektorit që lidh ngarkesat negative dhe pozitive të dipolit.
Përdorimi i një karakteristike të tillë të dipolit është i përshtatshëm dhe bën të mundur në shumicën e rasteve thjeshtimin e formulës dhe dhënien e formës.vektoriale. Përshkrimi i potencialit të fushës së dipolit në një pikë të një drejtimi arbitrar shkruhet në formën e një vektori.
Futja e koncepteve të tilla si karakteristika vektoriale e një dipoli dhe momenti i tij dipol mund të kryhet duke përdorur një model të thjeshtuar - një ngarkesë pikë në një fushë uniforme, e cila përfshin një sistem ngarkesash, dimensionet gjeometrike të së cilës bëjnë nuk duhet të merret parasysh, por është e rëndësishme të dihet momenti dipol. Ky është një parakusht për kryerjen e llogaritjeve.
Si sillet një dipol
Sjellja e një dipoli mund të shihet në shembullin e një situate të tillë. Pozicioni i dy ngarkesave pika ka një karakter fiks të distancës në raport me njëra-tjetrën. Ata u vendosën në kushtet e një dipoli të një fushe elektrike uniforme. Bëri vëzhgime mbi procesin. Në mësimet e fizikës (elektrodinamikës), ky koncept konsiderohet në detaje. Nga fusha në ngarkim kryhet veprimi i forcave:
F=±qE
Ato janë të barabarta në madhësi dhe të kundërta në drejtim. Treguesi i forcës totale që vepron në dipol është zero. Meqenëse një forcë e tillë ka një efekt në pika të ndryshme, momenti total do të jetë:
M=Fa sin a=qEa sin a=pE sin a
me α që është këndi që lidh vektorët e forcës së fushës dhe vektorët e momentit dipol. Për shkak të pranisë së një momenti force, momenti dipol i sistemit tenton të kthehet në drejtimet e vektorit të forcës së fushës elektrike.
Dipoli elektrik është një koncept që është i rëndësishëm për t'u kuptuar qartë. Ju mund të lexoni më shumë për të në internet. Gjithashtu mundetpër të studiuar në mësimet e fizikës në shkollë në klasën e 10-të, siç folëm më lart.
